宽带无线接入技术的新秀——LMDS

张九龙 蔡建楠(南京邮电学院 210003)

  摘要 本地多点分配业务(LMDS)是一种宽带无线接入技术。文章介绍LMDS的系统结构、技术特点、应用前景及其发展状况。

  关键词 无线接入网 宽带接入 本地多点分配业务

  随着Internet的迅速普及和多媒体技术的飞速发展,人们对宽带接入服务的需求量越来越大。为了满足用户对宽带接入业务日益增长的需求,业界开发了多种宽带接入技术。其中,本地多点分配业务以建设周期快、初期投资少、传输速率高、业务类型丰富,以及非常适合在城市中高密度用户地区(如商业大楼)提供宽带通信服务等特点而备受瞩目。

1、LMDS的系统结构

  LMDS工作频段通常在26GHz以上,可提供话音、视像节目、数据等多种业务,支持ATM、TCP/IP、MPEG2等标准。LMDS的实际业务传送能力取决于给业务分配多少无线频谱资源,典型的商用LMDS系统能提供的下行链路高达51.84-155.52Mb/s(Sonet OC-1-OC-3),上行链路为1.544Mb/s(T1)。根据所用频率高低,LMDS覆盖半径一般为3-7km;由于LMDS工作在毫米波段,且为可视距传输,传输质量受雨衰影响较响较大。

  LMDS系统由中心站、终端站和网管系统三部分构成。其中,中心站和终端站又各自拥有室内和室外单元。室内单元(IDU)负责处理与业务有关的事务(如业务的适配和汇聚);室外单元(ODU)为中心站和终端站之间提供射频传输功能,一般安置在建筑物的屋顶上。

  中心站位于服务区中心,覆盖区域常分为多个扇区,可以为一个或多个终端站服务。逻辑上,将中心站分为中心控制站和中心射频站两部分。中心控制站包括市制解调设备、MAC卡及网络-网络接口板等,其中MAC卡主要用于收/发终端站的相关业务请求。中心控制站提供与中频电缆相连的接口,可通过中频电缆连接中心射频站。中心射频站既可用全向天线进行覆盖,也可用扇区天线进行扇区化覆盖,以增加系统容量。中心站设备则为LMDS系统而核心网络提供接口,通过其中的业务节点接口(SNI),网络可连续PSTN/ISDN交换机、ATM交换机和IP路由器等。

  终端站设置在用户驻地,负责以无线方式把用户连接到中心站,并与骨干网相连。它提供E1、POTS、10/100Base-T、FR、ATM、ISDN和Nx64kb/s等多种业务接口,并支持多种应用。终端站室外单元可连接用户交换机、路由器等用户驻地网(CPN)设备,为用户终端提供PSTN、电路仿真和高速IP等业务。终端站室内单元对来自用户驻地网的业务进行适配和汇聚,通过中频电缆传送到室外单元,再通过无线链路传送至中心站;在相反方向,则从下行业务量中提取本地业务,分送给用户。

  中心站和终端站的室外单元包括射频收发器和射频天线两部分。射频收发器对来自室内单元的中频信号进行上变频,调制到射频频带,通过射频天线进行发射;同时将射频信号下变频传送到室内单元,从而在中心站与终端站之间建立双向信道。中心站室外单元与终端站室外单元之间的空中接口常采用26GHz以上的频带,这决定了LMDS中心站与终端站之间只能采用视距传输。

  LMDS系统中心站使用聚集喇叭天线,并以多扇区覆盖方式在定角度内覆盖用户端设备。终端放射频天线为定向天线,定向接收来自本扇区天线的信号。系统可进行自动增益控制,在满足一定误码率和系统可用性的前提下,自动调整射频发射功率,使扇区之间的干扰降至最小。LMDS扇区半径通常为3-7km,不同扇区之间可采用正交极化方式进行频率复用,以减少相邻扇区之间的干扰。

  LMDS下行主要采用时分复用(TDM)方式将信号向相应扇区广播,每个用户终端在特定的频段内接收属于自己的信号。上行多址方式为TDMA或FDMA。如果采用TDMA方式,则若干远端站可在相同频段的不同“时间片”向基站发射信号。这种方式对支持突发型的数据业务(如Internet接入应用)优势较明显。如果采用FDMA方式,在相同区中,不同的远端在不同频段上向基站发射信号,彼此互不干扰。由于这种方式过端需长期占用频率资源,所以适合租用线业务。

  LMDS的调制方式有四相相移键控(QPSK)、16正交振幅调制(QAM)和64QAM。采用16QAM或64QAM等高阶调制方式可有效无的扩大系统容量。简言之,采用16QAM,相同频段支持的容量是QPSK的2.3倍;若采用64QAM,则为3.5倍。但调制技术越复杂,在相同条件下覆盖的范围则越小。

2、LMDS的特点

  (1)工作频带宽,可提供宽带固定无线接入。

  目前,各国分配的LMDS工作频带带宽至少有1000MHz,可支持的用户接入数据速率高达155Mb/s,能满足广大用户对通信带宽日益增长的需求。在这一点上,连一些有线接入技术(如HDSL、ADSL、VDSL等)都无法与之媲美,因此LMDS有“无线光纤”之美称;

  (2)运营商启动资金较小,后期扩容能力强,投资回收快,网络运行维护费用较低。

  这些优点使众多运营商特点是一些新兴运营商,对LMDS产生了极大的兴趣;

  (3)业务提供速度快,发展用户极具灵活性。

  LMDS系统实施时,不仅避免了有线接入开挖路面的高额的补偿费,而且设备安装调试容易、建设周期大大缩短,一般在几周内就可完成网络建设,因此,可迅速为用户提供服务。另外,LMDS系统具有良好的可扩展性,便于扩充容量和提供新业务,服务商可随时根据用户需求进行系统设计或动态分配系统资源,添加所需设备,提供新的服务,而且不会因用户变化而造成资金或设备的浪费;

  (4)频率复用度高,系统容量大。

  在LMDS中心站,容量可超过覆盖区内用户业务总量,因此LMDS很可能是“范围”受限系统,而不是“容量”受限系统,特别适合在高密度用户地区使用。

3、LMDS的应用

  鉴于上述特点,LMDS的适用范围非常广泛:

  (1)租用线业务(Leased Lines Service)

  租用线业务可为用户终端上网提供E1和帧中继(FR)连接、用户自动交换机(PABX)连接和基于专线的广域网连接应用,还可为不同运营商的基站之间提供互连。

  (2)突发数据业务(Bursty Data Service)

  这类业务的应用有Internet、Internet及局域网互联等,主要面向企业、SOHO(Small Office, Home Office)以及居民用户。随着将来业务的不断拓展,LMDS系统还可提供远程医疗、远程教学、远程图像监控、网上购物及网上交互式游戏等众多增值业务。

  (3)交换话音业务(Switched Telephony Service)

  这类业务采用V5.2或其它符合标准的网络接口,为传统的话音和ISDN通信提供接入服务。LMDS可用作异步转移模式(ATM)和光纤同步网(SONET)的媒介,不可作为PCS骨干网、铜线/光纤的备份。

  (4)数字视频业务(Digital Video Service)

  这类业务的应用包括VOD、数字电视和高清晰度广播等。从网络角度来说,考虑到业国的不对称性,采用有QoS保障的突发数据方式支持此类业务较理想。相对传统的有线电视接入系统多路多点分配业务(MMDS)而言,LMDS所处频段较高,覆盖范围比MMDS小很多,但它提供的频道数却远远超过MMDS。此外,MMDS通常只是一种单向广播网,无法支持交互式业务。

4、LMDS在国内外的发展状况

  LMDS技术最初由美国Cellular Vision公司开发,1991年获得技术试验许可证。目前世界上已有不少厂家可提供完整的LMDS解决方案,其中美国P-COM、加拿大Newbridge Networks、法国Alcatel等公司的产品已有规模商用的经验,许多国际著名通信公司也纷纷涉足这一领域,已经或即将推出自己的产品。

  近几年,美国业界对LMDS的热衷使全球掀起了LMDS热潮。已有多个国家对LMDS进行了频率分配,其中美国、巴西、日本和加拿大已推出LMDS商用业务。美国Cellular Vision公司在纽约的系统是世界上最成熟的LMDS系统,到1997年年底,该网络已有用户1.2万,业务范围多为多频道的电视节目,其价格低于竞争对手30%。该套LMDS系统能提供的下行数据流速率可达48Mb/s。

  我国通信界也密切关注LMDS的进展。自1999年以来,我国各大通信公司纷纷开通LMDS试验网。中国联通在广州,中国网通在北京,中国移动在重庆、杭州和武汉,中国电信在广东都开展了LMDS的试验工作。新兴的网络运营商(如网通和吉通公司)拥有独立的业务范围(如高速上网和IP电话)。LMDS技术可使这些公司在短期内传统运营商强有力的竞争对手。中国联通和中国电信都拥有完整的光纤干线和本地环路,在上海、北京、南京等很多发达城市,已建立本地宽带信息源,但如何把大量的宽带业务分配下去仍是个难题。而作为最先进的宽带无线接入技术——LMDS则能起到宽带业务分配的作用,可使千家万户迅速享受到宽带业务分配的作用,可使千家万户迅速享受到宽带业务带来的诸多便利和乐趣。过去,中国移动公司必须租用中国电信公司的电路实现基站互连,但如果采用LMDS技术,就能很快组建自己的基站互联网络,从而降低运营成本;中国联通在此方面与之雷同。同时,中国移动也正在着手组建自己的IP网,LMDS可通过10BASE-T接口,把BSC周围的宽带数据业务宽松地接入到核心网。

  特别值得一提的是,信息产业部于2001年8月29日下发了《关于发布26GHz频段FDD方式本地多点分配业务(LMDS)频率规划(试行)的通知》,决定将24.45-27GHz频段的部分频率作为FDD方式LMDS的使用频率:中心站(BS)发射频段为24.507-25.515GHz,终端站(CPE)发射频段为25.757-26.765GHz,收发频率间隔为1250MHz;基本频道带宽为3.5MHz、7MHz、14MHz、28MHz,可根据具体业务需求将基本信道合并使用。随着我国对LMDS频率的分配,必然会进一步加快LMDS在我国的商用进程。

摘自《电信快报》(2002年第5期)


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